بهترین روش کلوخه زدایی از ذرات نانو سیلیس، استفاده از دستگاه های التراسونیک است.
در مقالۀ التراسونیک هموژنایزر، در مورد دستگاه های التراسونیک هموژنایزر و کاربردهای آن در صنایع مختلف توضیحاتی ارائه دادیم. در این نوشتار قصد داریم به موارد استفاده از این دستگاه ها برای کلوخه زدایی ذرات نانو سیلیس بپردازیم.
نانوذرات سیلیس مانند فیوم سیلیکا(به عنوان مثال اروزیل) به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف به عنوان افزودنی استفاده می‌شوند. به منظور به دست آوردن نانوسیلیکای کاملاً کارآمد با ویژگی‌های مورد نظر، نانوذرات سیلیکا باید از هم گسیخته و به عنوان ذرات پخش‌شده تکی توزیع شوند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که کلوخه‌زدایی اولتراسونیک یک تکنیک بسیار کارآمد و قابل اعتماد برای توزیع نانوسیلیکا به صورت یکنواخت به عنوان ذرات پخش‌شده تکی در یک سوسپانسون است.
مشخصات و کاربردهای نانوسیلیکا:
سیلیس (SiO2) و به ویژه نانوذرات سیلیس (Si-NPs) افزودنی‌های رایج در بسیاری از صنایع هستند. ذرات سیلیکای نانوسایز سطح موثر بسیار بزرگی ارائه می‌دهند و ویژگی‌های منحصر دارند که در بسیاری از صنایع برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، ویژگی‌های منحصر به فرد مواد نانوسایز سیلیکا برای تقویت کامپوزیت‌ها، بتن و سایر مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه‌های شامل پوشش‌های مبتنی بر نانوسیلیس هستند که ویژگی‌های ضدآتشدارند، یا شیشه با پوشش نانوسیلیکا که به ویژگی‌های ضدبازتاب می‌انجامد. در صنعت ساخت و ساز، سیلیکا فیوم (میکروسیلیکا) و نانوسیلیکا به عنوان مواد پوزولانیک بسیار پرکاربرد هستند که برای افزایش کارایی و ویژگی‌های مکانیکی و دوام بتن استفاده می‌شوند. هنگامی که سیلیکا فیوم و نانوسیلیکا مقایسه می‌شوند، پوزولان SiO2 نانوساختار در مراحل ابتدایی فعالتر است در حالی که نانوسیلیکا یک مساحت سطح ویژه به مراتب بزرگتر و نازکتری ارائه می‌دهد. سطح بزرگتر، امکان‌های بیشتری برای واکنش با بتن فراهم می‌کند و به خصوص به بهبود ساختار میکروبتن به عنوان یک هسته نقش می‌پذیرد. نفوذپذیری گاز، که نشانگر دوام بتن است، در بتنی که با نانوسیلیکا تقویت شده‌است نسبت به بتن حاوی سیلیکا فیوم سنتی بهبود یافته است.
در علوم زیست پزشکی، نانوذرات SiO2 به عنوان افزودنی‌های متنوع برای کاربردهای مختلف با توجه به سطح بالا، سازگاری بیولوژیکی عالی و اندازه مناسب و قابل تنظیم منافذ مورد بررسی قرارگرفته اند. این ویژگی‌ها باعث ارائه یک دسته وسیع از کاربردهای نوآورانه شامل انتقال دارو و کاربردهای تشخیصی -درمانی (Theranostic) می‌شود.
دیسپرس و کلوخه زدایی نانوسیلیس:
اصل کار کلوخه زدایی و پخش اولتراسونیک بر اثر پدیده کاویتیشن (کاویتیشن صوتی) ناشی از امواج التراسونیک است. استفاده از اولتراسونیک با توان بالا و فرکانس پایین در مایعات یا دوغابها می‌تواند کاویتیشن صوتی ایجاد کند و در نتیجه شرایطی بسیار پرتنش، به عنوان فشارها و دماهای بسیار بالای محلی و جریان‌های میکرونی با جت‌های مایع با سرعت 280 متر بر ثانیه را به وجود آورد. این اثرات شدید فیزیکی و مکانیکی حفره‌سازی التراسونیک، باعث سایش در سطح ذرات و شکست ذرات از طریق برخورد میان-ذره ای می‌شود. این نیروهای قدرتمند کاویتیشن التراسونیک / کویتیشن اکوستیکی، سونیکیشن را به عنوان یک روش بسیار کارآمد و قابل اعتماد برای کلوخه زدایی و پخش ذرات نانو از قبیل نانو-سیلیکا، نانو-تیوب و سایر نانو مواد تبدیل کرده‌اند.
توزیع اندازه ذرات نانو-سیلیکا پس از کلوخه‌زدایی به وسیله التراسونیک در آب با غلظت‌های (الف) 1 درصد وزنی، (ب) 2 درصد وزنی، (ج) 5 درصد وزنی، و (د) 10 درصد وزنی Aerosil 200 در بازه‌های زمانی مختلف. مطالعه و نمودارها: ویکاش 2020.
فرآوردی سیلیس با غلظت بالا و در مایع ویسکوز:
دیسپرس نانوذرات در غلظت‌های پایین با مشکلاتی روبرو است، زیرا باید بر نیروی پیوندهای شیمیایی مانند پیوند یونی، پیوند کووالانسی، پیوند هیدروژنی و پیوند واندر والس غلبه کرد. با افزایش غلظت نانوذرات، به عنوان مثال نانوذرات نانو-سیلیکا، تعامل شیمیایی بین نانوذرات نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این بدان معناست که یک فرآیند پخش قدرتمند برای به دست آوردن دیسپرس خوب و پایدار در درازمدت الزامی است. دیسپرس کننده های التراسونیک به عنوان یک روش پخش قابل اعتماد و بسیار مؤثر استفاده می‌شوند که به راحتی قادر به پردازش دوغابها با ویسکوزیته‌های بالا و حتی خمیرها با غلظت‌های بسیار بالای مواد جامد هستند. توانایی پردازش دوغابها با میزان مواد جامد نانوذرات بالا، اولتراسونیک را به تکنولوژی مورد ترجیح برای پراکندگی مواد نانو تبدیل کرده است. اولتراسونیک‌های صنعتی آواپرداز می‌توانند دوغابها یا خمیرهای شما را که توسط یک پمپ منتقل می گردند، در یک راکتور پیوسته در خط پردازش کنند.
تولید نانو سیال سیلیس به کمک التراسونیک:
در تحقیقی که توسط Modragon و همکارانش در سال 2012 انجام شد، نانوفلوئیدهای سیلیکا با استفاده از هموژنایزر التراسونیک نوع پروبی در آب مقطر تهیه شدند. به منظور تولید نانوفلوئیدهای پایدار سیلیکا با یک محتوای جامد خاص (به عنوان مثال 20٪) با ویسکوزیته پایین و رفتار مانند مایع، از یک فرآیند با انرژی بالا با یک پروب اولتراسونیک به مدت 5 دقیقه، محیط‌بازی (مقادیر pH بالاتر از 7) و بدون افزودن نمک استفاده شد. دیسپرس با التراسونیک به نانوفلوئیدهایی با ویسکوزیته پایین منجر شد. نانوفلوئیدهای حاصل از پردازش اولتراسونیک،رفتاری مشابه مایع داشتند و با 20٪ بار مواد جامد در زمان کوتاهی به دلیل پراکندگی خوب حاصل از فراصوت ساخته شدند.
«از تمام روش‌های پراکندگی موجود، پراکندگی با پروب‌های اولتراسونیک به عنوان موثرترین آنها تایید شده است.» (Modragon و همکاران، 2012)
Petzold و همکارانش در سال 2009 به همان نتیجه در مورد کلوخه‌زدایی پودر Aerosil رسیدند و متوجه شدند که پروب اولتراسونیک به دلیل انرژی بسیار متمرکز مورد استفاده، موثرترین سیستم دیسپرس است.
سونیکاتور برای اگلومره زدایی و دیسپرس نانوذرات سیلیس:
وقتی که نانو-سیلیکا در کاربردهای صنعتی، تحقیقات یا علم مواد استفاده می‌شود، پودر خشک سیلیکا باید با فاز مایع ادغام شود. پخش نانو-سیلیکا نیازمند یک تکنیک پخش قوی و موثر است که انرژی کافی را به کار گیرد تا تک‌تک ذرات سیلیکا را از هم جدا کند. التراسونیک هموژنایزرها به عنوان پخش‌کننده‌های قدرتمند و قابل اعتماد شناخته می‌شوند؛ بنابراین برای کلوخه زدایی و توزیع مواد مختلف مانند سیلیکا، نانوتیوب، گرافن، مواد معدنی و بسیاری از مواد دیگر به طور یکنواخت در فاز مایع استفاده می‌شوند.
با ما تماس بگیرید!
تیم فنی آواپرداز التراسونیک می تواند به شما کمک کند که بالاترین بازده را از روش های تولید خود بگیرید. تیم آواپرداز با تکیه بر دانش فنی و تجربۀ بالای خود، شما را از فاز تحقیقاتی تا تولید در مقیاس صنعتی همراهی خواهد کرد. برای مشاوه با متخصصین ما، همین الان با ما تماس بگیرید!
